CN109536138A - 一种膏状相变吸波导热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种膏状相变吸波导热材料，包括以下组分：包括以下组分：相变材料、电磁波吸收材料、基础油、绝缘导热粉体、阻燃剂、功能性助剂。本发明所述的膏状相变吸波导热材料将相变材料、电磁波吸收材料、基础油、绝缘导热粉体、阻燃剂、其他功能性助剂制备而成，其具有以下优点：1、膏状复合材料使用方便，可直接涂覆，不受空间结构限制；2、其界面润湿性和填充效果好，使用时可直接涂覆或填充在电子元器件与散热器之间，操作简单；3、相变材料随温度形态发生变化，吸收周围潜热。

Description

一种膏状相变吸波导热材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁波吸收和导热材料技术领域，涉及一种膏状相变吸波导热材料及其制备方法。

背景技术

当今社会，随着电子行业的快速发展，电子设备的功能和性能越来越多，同时也不断向轻、薄化以及小型化发展，从而导致元器件的安装密度越来越大，集成化程度越来越高，随着而来的散热问题和元器件之间的电磁干扰问题也越来越受人们所关注。对于电子设备来讲，散热问题和电磁干扰问题可能发生在电子设备的任何部位，轻则影响元器件的工作性能，重则会造成电子元件损坏，从而导致电子设备的损坏。传统上对于电子设备的散热问题的处理方法是在电子设备内部添加导热垫片、导热铜管、金属箔等，对于电磁干扰问题，通常是采用添加吸波材料或金属屏蔽的方式减少电磁干扰对电子设备造成的影响。所以通常电子设备中需要留出大量的结构空间来安装散热装置和金属屏蔽装置，同时对于施工工作也提出了考验。

目前对于上述问题，研究人员提出可以将导热、吸波材料与金属箔制得的复合材料的方式来解决电子设备的散热问题和电磁干扰问题，现有专利CN104559131A公开了一种高导热吸波散热复合材料，该复合材料为固态片材结构，无法在元器件狭小的空间使用，同时其材料之间导热系数不一样，会导致界面热阻增大，复合在一起后可能无法达到理想的散热效果，长时间的高温工作环镜也会加速复合材料的老化，对复合材料的抗电磁干扰性能产生影响，从而达不到预期的目标要求。现有专利CN1926935A公开了一种膏状的电磁波吸收材料，其在交联硅酮凝胶中分散电磁波吸收剂、阻燃剂等其他功能性助剂复合而成的膏状物，具有一定的电磁波吸收性、导热性、阻燃性，可以适用于复杂的施工工作环境。但该膏状物无法对潜热进行处理，电磁波吸收材料在吸收电磁波的同时会产生热量，在使用时电子元件产生大量热量，可能会出现局部温度过高，从而影响电子元件的正常稳定运行。同时，传统的有机硅类物质，会随着时间而迁移耗散，造成膏体的固化，介质分离，并会污染周围器件。

此外，现有技术的缺点及其导致原因：

1、固态片材的设计结构，导致其无法在元器件狭小的空间中使用，适用范围受限；

2、无法对潜热进行处理，会影响器件的正常运行；

3、有机硅类膏状电磁波吸收材料存在有机硅类物质的迁移耗散。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种膏状相变吸波导热材料以及制备该膏状相变吸波导热材料的方法。

技术方案：本发明提供了一种膏状相变吸波导热材料，以重量组分计，包括以下组分：相变材料：10-50份、电磁波吸收材料：40-80份、基础油：5-30份、绝缘导热粉体：5-20份、阻燃剂：1-5份、功能性助剂：1-5份。本发明所述的膏状相变吸波导热材料将相变材料、电磁波吸收材料、基础油、绝缘导热粉体、阻燃剂以及其他功能性助剂制备而成，其具有以下优点：1、膏状复合材料使用方便，可直接涂覆，不受空间结构限制；2、其界面润湿性和填充效果好，使用时可直接涂覆或填充在电子元器件与散热器之间，操作简单；3、相变材料随温度形态发生变化，吸收周围潜热。

此外，该相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。其可以解决目前电子元件因环境温度的骤变，而对其产生的影响，保证电子元件可以长久高效的运行。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述相变材料为石蜡、微晶蜡，PE蜡、费托蜡、EVA蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或多种混合物。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述电磁波吸收材料包括Fe-Si合金微粉、Fe-Ni合金粉体、Fe-Si-Cr合金微粉、Fe-Si-Al合金微粉。电磁波吸收材料可以根据需要进行选择，其属于磁损耗型吸收剂，依靠磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗等极化机制衰减吸收电磁噪音，具有强吸收，效果好、厚度薄、工作频带宽、重量轻、粘结强度高等特点。从电磁波吸收特性、导热性、价格因素等多方面考虑，优选Fe-Si-Al的片状合金微粉作为电磁波吸收材料，片状化的电磁波吸收材料拥有较大的比表面积，具有极高的径厚比和各向异性，拥有较大的比表面积，可以突破Snoke极限的限制，获得非常高的磁导率，从而拥有优异的电磁波吸收性能。并且，当片状颗粒的径厚比在10-1000之间时，其磁导率可以提高10-100倍，并且软磁合金中介电常数随频率变化不敏感，能够显著提升低频吸波性能。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述电磁波吸收材料的中位粒径50-100μm。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述基础油包括多元醇酯类基础油及长链烷基苯基础油(C5-C9)。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述多元醇酯类基础油为甘油酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二订酯、三羟基甲基丙烷酯、双季戊四醇六酯、季戊四醇脂肪酸酯中的一种或多种。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述绝缘导热粉体为氧化铝、氧化镁的混合物填料。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述阻燃剂为无卤素环保型阻燃剂，包括聚多磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐、硼酸锌。氮系阻燃剂一般为白色晶状细粉末，粒径10μm～50μm，容易分散。密度1.5cm～1.7g/cm。氮系阻燃剂有很多优点：高效阻燃；不含卤素；无腐蚀作用，因而减少了机械被腐蚀问题；耐紫外光照；电性能好，在电子电器制品中优势最为明显；不褪色，不喷霜；可回收再利用。阻燃机理为：在燃烧过程中产生膨胀碳层达到隔热、隔氧、防止表面火焰进一步扩散，达到防火、阻燃作用，并且低烟、无毒、无熔滴，是一种高效的环保型阻燃剂。

进一步的，上述的膏状相变吸波导热材料，所述功能性助剂为抗氧剂、分散剂、稳定剂中的一种或多种混合使用。

所述抗氧剂包括二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌；N-苯基-α-萘胺和烷基吩噻嗪；苯并三氮唑衍生物和巯基苯并噻唑衍生物；所述溶剂为正己烷、二甘醇单乙基醚、4-甲基-2-戊酮、醋酸正丁酯、2-乙氧基乙醇、丁酮、甲基异丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、丁醇、丙二醇甲醚、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、卤代烷烃中的一种或几种的混合。

所述稳定剂优选为金属皂类稳定剂，可以是锡皂稳定剂、锌皂稳定剂、钡皂稳定剂、钙皂稳定剂、复合型金属皂稳定剂中的一种。

所述分散剂包括六偏磷酸钠、磷酸钠、三聚磷酸钠中，能够显著提高各种添加物在膏状复合物内的混合及分散效果，提高产品的性能。

所述分散剂包括六偏磷酸钠、磷酸钠、三聚磷酸钠、，其目的是为了提高各种添加物在膏状复合物内的混合及分散效果，提高产品的性能。

本发明还提供一种膏状相变吸波导热材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：首先将所需的相变材料、基础油、功能性助剂转至不锈钢料筒内保温加热搅拌，温度50-160℃，搅拌速率：20-80r/min，搅拌15-30min；

第二步：向不锈钢料筒内均匀加入绝缘导热粉体，搅拌速度100-200r/min，搅拌30-60min；

第三步：加入电磁波吸收材料，在搅拌的同时进行抽真空消泡，持续时间30-120min，得膏状复合材料；

第四步：将制得的膏状复合材料转移至研磨机，进行研磨操作2-6h小时，得所述膏状相变吸波导热材料。

本发明所述的膏状相变吸波导热材料的制备方法，方法合理，制备方便，适和大规模生产。

本发明所述的膏状相变吸波导热材料及其制备方法，将相变材料、电磁波吸收材料、基础油、绝缘导热粉体、阻燃剂以及其他功能性助剂按一定比例混合，经捏合，抽真空消泡，碾合研磨工序后制得目标专利产品。

相较于现有技术其具有以下优点：

1、膏状复合材料使用方便，可直接涂覆，不受空间结构限制；

2、其界面润湿性和填充效果好，使用时可直接涂覆或填充在电子元件与散热器之间，操作简单；

3、相变材料随温度形态发生变化，吸收周围潜热；

4、绝缘导热粉体的应用，提高材料整体的纵向传热性能。

附图说明

图1为本发明所述的膏状相变吸波导热材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

一种膏状相变吸波导热材料，以重量组分计，包括以下组分：相变材料：费托蜡10份、电磁波吸收材料：Fe-Si合金微粉40份，中位粒径50μm；基础油：双季戊四醇六酯5份、绝缘导热粉体由氧化铝2份、氧化镁3份组成；阻燃剂：三聚氰胺1份、功能性助剂由二甘醇单乙基醚0.5份、三聚磷酸钠0.5份组成。

上述膏状相变吸波导热材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：首先将所需的相变材料、基础油、功能性助剂转至不锈钢料筒内保温加热搅拌，温度50℃，搅拌速率：20r/min，搅拌15min；

第二步：向不锈钢料筒内均匀加入绝缘导热粉体，搅拌速度100r/min，搅拌30min；

第三步：加入电磁波吸收材料，在搅拌的同时进行抽真空消泡，持续时间30min，得膏状复合材料；

第四步：将制得的膏状复合材料转移至研磨机，进行研磨操作2h小时，得所述膏状相变吸波导热材料。

实施例2

一种膏状相变吸波导热材料，以重量组分计，包括以下组分：相变材料：EVA蜡50份、电磁波吸收材料：Fe-Si-Cr合金微粉80份，中位粒径100μm、基础油：邻苯二甲酸二辛酯30份、绝缘导热粉体由氧化铝份、氧化镁20份组成；阻燃剂：聚多磷酸铵5份、功能性助剂由二甲基甲酰胺2份、2-乙氧基乙醇磷酸钠2份、三聚磷酸钠1份组成。

上述膏状相变吸波导热材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：首先将所需的相变材料、基础油、功能性助剂转至不锈钢料筒内保温加热搅拌，温度160℃，搅拌速率：80r/min，搅拌30min；

第二步：向不锈钢料筒内均匀加入绝缘导热粉体，搅拌速度200r/min，搅拌60min；

第三步：加入电磁波吸收材料，在搅拌的同时进行抽真空消泡，持续时间120min，得膏状复合材料；

第四步：将制得的膏状复合材料转移至研磨机，进行研磨操作6h小时，得所述膏状相变吸波导热材料。

实施例3

一种膏状相变吸波导热材料，以重量组分计，包括以下组分：相变材料由微晶蜡35份、己二酸二辛酯类基础油5份组成；电磁波吸收材料：片状Fe-Si-Al微粉40份，中位粒径70μm、基础油由己二酸二辛酯类基础油5份、C9长链烷基苯基础油2份组成；绝缘导热粉体由氧化铝5份、氧化镁5份组成；阻燃剂：硼酸锌4份、功能性助剂：六偏磷酸钠3份。

上述膏状相变吸波导热材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

第一步：首先将所需的相变材料、基础油、功能性助剂转至不锈钢料筒内保温加热搅拌，温度90℃，搅拌速率：60r/min，搅拌20min；

第二步：向不锈钢料筒内均匀加入绝缘导热粉体，搅拌速度150r/min，搅拌45min；

第三步：加入电磁波吸收材料，在搅拌的同时进行抽真空消泡，持续时间90min，得膏状复合材料；

第四步：将制得的膏状复合材料转移至研磨机，进行研磨操作4h小时，得所述目标产品膏状相变吸波导热材料。

实施例4

一种膏状相变吸波导热材料，以重量组分计，包括以下组分：相变材料：氧化聚乙烯蜡25份、电磁波吸收材料：片状Fe-Si-Al微粉40份，中位粒径90μm、基础油由季戊四醇脂肪酸酯类基础油5份、C9长链烷基苯基础油2份组成；绝缘导热粉体由氧化铝5份、氧化镁5份组成；阻燃剂：硼酸锌5份、功能性助剂：六偏磷酸钠3份。

上述膏状相变吸波导热材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

第一步：首先将所需的相变材料、基础油、功能性助剂转至不锈钢料筒内保温加热搅拌，温度50℃，搅拌速率：80r/min，搅拌20min；

第二步：向不锈钢料筒内均匀加入绝缘导热粉体，搅拌速度150r/min，搅拌60min；

第三步：加入电磁波吸收材料，在搅拌的同时进行抽真空消泡，持续时间60min，得膏状复合材料；

第四步：将制得的膏状复合材料转移至研磨机，进行研磨操作2h小时，得所述目标产品膏状相变吸波导热材料。

实施例5

将实施例1-4所制得的样品1-4和市售导热吸波材料(江门江粉电子有限公司，JF-Bk6170)同比测试其透过损耗(测试标准：GB/T32596—2016)及热传导性能的相关测试(测试标准：GB/T29313—2012)，其测试结果如下：

相较于市售导热吸波材料，该本发明所述的膏状相变吸波导热材料优势明显，通过调整部分原料的配比，可以使目标产品拥有更好的导热性能及电磁波吸收性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种膏状相变吸波导热材料，其特征在于：以重量组分计，包括以下组分：相变材料：10-50份、电磁波吸收材料：40-80份、基础油：5-30份、绝缘导热粉体：5-20份、阻燃剂：1-5份、功能性助剂：1-5份。

2.根据权利要求1所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述相变材料为石蜡、微晶蜡，PE蜡、费托蜡、EVA蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述电磁波吸收材料包括Fe-Si合金微粉、Fe-Ni合金粉体、Fe-Si-Cr合金微粉、Fe-Si-Al合金微粉。

4.根据权利要求1或3所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述电磁波吸收材料的中位粒径50-100μm。

5.根据权利要求1所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述基础油包括多元醇酯类基础油及长链烷基苯基础油（C5-C9）。

6.根据权利要求5所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述多元醇酯类基础油为甘油酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二订酯、三羟基甲基丙烷酯、双季戊四醇六酯、季戊四醇脂肪酸酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述绝缘导热粉体为氧化铝、氧化镁的混合物填料。

8.根据权利要求1所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述阻燃剂为无卤素环保型阻燃剂，包括聚多磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐、硼酸锌。

9.根据权利要求1所述的膏状相变吸波导热材料，其特征在于：所述功能性助剂为抗氧剂、分散剂、稳定剂中的一种或多种混合使用。

10.根据权利要求1-9任一项所述的膏状相变吸波导热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：首先将所需的相变材料、基础油、功能性助剂转至不锈钢料筒内保温加热搅拌，温度50-160℃，搅拌速率：20-80r/min，搅拌15-30min；

第二步：向不锈钢料筒内均匀加入绝缘导热粉体，搅拌速度100-200r/min，搅拌30-60min；

第三步：加入电磁波吸收材料，在搅拌的同时进行抽真空消泡，持续时间30-120min，得膏状复合材料；

第四步：将制得的膏状复合材料转移至研磨机，进行研磨操作2-6h小时，得所述膏状相变吸波导热材料。